宇航员从不独自去太空旅行。每个航行到外星球的人都会伴随多达100万亿个细菌、病毒和其他微生物,其中任何数量的细菌都可能危及人类健康。18新利官网多久了然而,我们仍然对这些微观搭便车者群体在微重力下的反应一无所知。我们甚至不知道生活在国际空间站(ISS)上的所有太空物种。然而,新的研究旨在改变这一现状。上个月,宇航员从国际空间站内部收集了样本,绘制了一幅前所未有的微生物组三维地图。这项基于太空的微生物普查工作是了解、预防和减轻危险的微生物爆发的第一步——无论它们发生在空间站上,在飞往火星的长时间飞行中,甚至是在家里的医院里。

我们经常受到微生物的侵扰。从我们肠道里的细菌到生活在我们睫毛底部的小到看不见的螨虫,据估计,我们体内和体内的微生物至少和人类细胞的数量一样多。“你可以把人想象成行走的生态系统,”加州大学圣地亚哥分校的化学生物学家彼得·多雷斯坦(Pieter Dorrestein)说。这些微小的生物中的大多数实际上是必不可少的,对我们的健康有着如此深远的影响——影响我们的免疫力、心脏,甚至可能是我们的心理健康——以至于科学家经常把微生物群称为“看不见的器官”。18新利官网多久了事实上,我们体内的微生物数量如此之多,它们的总质量加起来大约相当于我们大脑的重量。

因此,如果我们想把宇航员送上火星或更远的地方执行长期任务,了解微生物群在太空飞行中的行为是至关重要的,这可能并不令人惊讶。但是科学家们不仅担心人体的微生物群,他们还担心宇宙飞船的微生物群。以俄罗斯和平号空间站为例。1998年,大约在空间站脱离轨道进入太平洋的三年前,科学家们发现了几十种细菌,真菌和尘螨藏在服务面板后面。“我从来没有想象过一个无生命的物体——一个像空间站一样工作得很漂亮的机器——拥有一个和活着的人(比如人)相似的微生物群,”塞丽娜·m·Auñón-Chancellor说,她既是一名医生,也是美国宇航局的宇航员。然而,与太空是无菌、惰性环境的观念相反,任何航天器都不可避免地会有各种各样的微生物,其数量之多足以让任何宇航员起鸡皮疙瘩。

宇宙飞船上的微生物群可能对宇航员的健康有害。18新利官网多久了“你能想象你在长途飞行中,突然开始出现,比如说,一种食肉细菌,你无法摆脱它吗?”Dorrestein说。“这些都是可能实现的后果。”

这不是一个疯狂的想法。2006年,一组科学家将沙门氏菌培养物送上航天飞机进行了为期11天的飞行亚特兰提斯结果却发现一旦这些微生物回到地球,它们就更容易杀死老鼠.由于长期的太空飞行往往会削弱宇航员的免疫系统,那些脱离了地球束缚的细菌也会变得对抗生素更有抵抗力——这是一种灾难。

项目由美国国家航空航天局喷气推进实验室和加州大学圣地亚哥分校发射的卫星可以帮助缓解微生物的威胁。今年2月,宇航员凯特·鲁宾斯(Kate Rubins)在国际空间站的1000个不同地点采集了样本。这大约是典型微生物追踪研究中拭子数量的100倍,后者通常集中在生活空间中最可疑的部分,如厨房、浴室和运动区域。这些样本将被放置在冷库中,几个月后送回地球,在那里,科学家们将分析它们的基因签名,并为各种微生物命名,以构建国际空间站全部微生物组的三维地图。

此外,每个棉签将捕获来自食物、油脂、皮肤等的微量分子。这一前景让参与该项目的多雷斯坦特别兴奋。科学家们目前对国际空间站上存在的滋养不同微生物群落生长的分子知之甚少。新的地图将帮助他们将特定的分子或营养物质与特定的微生物联系起来。有了这种联系,科学家们就可以制定指导方针来促进有益微生物的生长,并减少危险微生物——仅通过营养物质。这可能就像在火星飞船上使用特定的建筑材料一样简单。所有这些都表明,“生病的航天器”的问题可以在它到达发射台之前得到部分解决。

但喷气推进实验室的微生物学家、该项目的首席研究员卡斯图里·文卡特斯瓦兰(Kasthuri Venkateswaran)对运输途中可能发生的保护措施感到最兴奋。虽然目前的样本正在被送回地球,但他指出,宇航员在未来的任务中将需要省去这个中间环节。文卡特斯瓦兰说:“当我们前往其他星球时,你没有联邦快递把样本寄回来。”尽管科学家们有能力在国际空间站上进行基因组分析,但这一过程并不是特别快,而且在发生危险的疫情时,每一刻都很重要(想想通常需要多长时间才能从COVID-19的PCR检测中获得结果)。科罗拉多大学博尔德分校的太空微生物学家大卫·克劳斯说:“你想要确保你能保持在这一基础之上——因为我们现在都太清楚了,一些小虫子会把你的世界搞得一团糟。”

为了解决这个问题,鲁宾在工作站扫描试验中使用的棉签是双头的。一个探针收集微生物用于简单的检测,而另一个则用于捕获微生物的代谢产物——微生物的天然化学副产品。一旦Venkateswaran和他的同事创建了一个数据库,将特定的微生物和特定的代谢物联系起来,他们就可以建立小型的生物传感器,只寻找代谢物。想象一下,一种手持设备可以诊断航天器上的细菌或真菌的存在,并在爆发时立即向宇航员发出警报——类似于一氧化碳探测器。

来自这样一个系统的通知(Venkateswaran怀疑还需要5到10年的时间才能成为现实)将立即引发行动,因为宇航员将加强他们的清洁协议,以防止飞船上的病毒爆发。“这将有助于更好地维护未来的栖息地,”文卡特斯瓦兰说。国际空间站上的宇航员已经在努力控制微生物群的数量。每周,他们都会用吸尘器清理通风口,并用消毒湿巾擦拭表面。Auñón-Chancellor估计,当她在轨道上时,机组的六名宇航员每个星期大约花三个小时打扫卫生。国际空间站的总可居住空间只有388立方米(大约是波音747乘客空间的一半),而每周18个小时的可居住空间似乎太多了。但考虑到国际空间站的特殊情况,所有这些消毒都是必要的。“在那里,食物不会掉到地上,”她说。“食物快到天花板了。食物粘在墙上。 Food is everywhere. So it’s 3-D cleaning.”

这种尽职尽责的清洁使得一些科学家不再担心疫情在前往火星的途中爆发。克劳斯说:“我不认为细菌的影响对长期的太空飞行真的是一个巨大的阻碍,因为有证据表明并非如此。”“到现在为止,我们已经在国际空间站上连续轮换工作了20多年。那里还没有任何形式的疫情爆发。”Auñón-Chancellor网站指出,简单地发现危险的细菌并没有引起警报——人们只担心这些细菌是否会让宇航员生病。她说:“我认为这更多的是一种识别和提醒。”她补充说:“然后我们只是观察和绘制地图,等着看这些细菌在压力环境中做什么。”

但是文卡特斯瓦兰担心的不仅是宇航员面临的风险,还包括他们所访问的任何非现实世界目的地的微生物污染的可能性。“宇航员基本上是地球的病原体,”Auñón-Chancellor说。“它们是一种突然踏上火星的新微生物群。即使是他们穿上的宇航服,在宇航服的材料表面也会有他们自己的微生物群。”如果科学家能更好地绘制出宇航服上的微生物群,他们可能也能更好地清洁它。文卡特斯瓦兰希望这项研究甚至能帮助科学家们设计出具有关节的高级西装,甚至可以防止最小的微生物渗漏。

独特的应用程序还不止于此。国际空间站美国国家实验室(ISS U.S. National Laboratory)的高级项目主任莉兹·沃伦(Liz Warren)认为,所有这些研究中最吸引人的方面与太空没有什么关系。任何部分封闭的环境——房子、飞机、医院——都会有自己的微生物群。因此,学习如何防止某些微生物在太空中繁殖(或当它们繁殖时如何阻止它们)为地球上类似的环境提供了有益的教训。例如,考虑在国际空间站上运行的另一个项目测试波音公司生产的抗菌涂料的功效.他们的想法是,如果这种涂层在微生物更危险的太空中起作用,那么它们将在地球上起作用。简而言之,国际空间站本身就是一个令人难以置信的实验室。克劳斯说:“你在地球上做不到这一点——你不能把重力排除在外。”“拥有微重力就像以不同的方式第一次拥有显微镜。你能看到其他情况下看不到的行为。”